某小（1）型水庫除險加固方案分析

付默菡

（遼寧省錦州市水利事務(wù)服務(wù)中心,遼寧 錦州 121013）

1 工程概況

某?。?）型水庫建于20 世紀80 年代,水庫建成后大壩壩高32.0 m,總庫容320.5 萬m3,水庫樞紐工程包括擋水壩,輸?shù)退鸵绾榈?。工程主要任?wù)是農(nóng)田灌溉,灌溉面積2350 畝。該水庫建設(shè)初期,由于當時技術(shù)力量薄弱,大壩未進行系統(tǒng)的技術(shù)設(shè)計及施工試驗,設(shè)計圖紙和報告由當時水務(wù)局工作人員根據(jù)工程經(jīng)驗自行設(shè)計,對工程地質(zhì)條件、壩體填筑料都未進行地質(zhì)勘查和地質(zhì)試驗,加上施工技術(shù)力量薄弱,施工不規(guī)范,壩體碾壓質(zhì)量較差,完工后5 年時間內(nèi)壩體及壩基就出現(xiàn)滲水,后其運行中呈擴展趨勢,水庫一直帶病運行。水庫灌區(qū)內(nèi)經(jīng)濟基礎(chǔ)薄弱,農(nóng)民生活水平很低,主要經(jīng)濟來源是農(nóng)業(yè)收入,經(jīng)濟林果是當?shù)刂饕慕?jīng)濟產(chǎn)業(yè)支柱,但灌溉用水是制約當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展的重要因素。所以,該水庫除險加固工程的實施,可以讓水庫摘掉“病險水庫”的帽子,解除水庫下游人民的心頭之患,提高供水保證率,充分發(fā)揮水庫的防洪及灌溉作用。

2 水庫存在的問題

2.1 現(xiàn)場檢查

（1）大壩

經(jīng)洪水復(fù)核,水庫抗洪能力為5年一遇,低于大壩設(shè)計洪水標準及安全性分級標準和校核洪水標準；水庫建成后大壩壩高32.0 m,壩高11 m以上部分內(nèi)處壩坡均較陡,上游壩坡為1∶2.68,下游壩坡為1∶2.784,壩體單薄,壩體穩(wěn)定性差；壩基在興建大壩時進行了清基,在壩軸線位置設(shè)置截水槽,基本截斷河床覆蓋層及砂礫石層,壩體基礎(chǔ)為強風(fēng)化基巖,基巖滲透系數(shù)較大,未進行防滲處理,壩基存在滲漏問題；左右壩肩基巖為全風(fēng)化砂泥,基巖基本穩(wěn)定,但巖石風(fēng)化較強,平均深度為15 m,其滲透性較強,屬中等透水帶,壩肩存在繞壩滲漏問題；大壩為均質(zhì)土壩,壩料為左壩肩強風(fēng)化砂泥巖,由于施工技術(shù)力量薄弱,壩體碾壓質(zhì)量較差,下部23 m平均壓實度僅為91.5%,上部培厚壩體平均壓實度只達到84.3%,均小于規(guī)范規(guī)定,大壩存在滲漏問題,尤其壩體上部滲漏嚴重,壩基存在滲漏,右壩肩存在繞壩滲漏[1]。

（2）溢洪道

溢洪道布置于大壩左壩肩,溢洪道是在大壩取料上壩后開挖而成,整條溢洪道開挖后未進行襯砌。溢洪道泄流能力低,經(jīng)復(fù)核最大泄流量僅為27 m3/s,同時溢洪道岸坡存在滑坡體,滑坡體對溢洪道安全泄洪構(gòu)成極大的危害,在2000 年左右發(fā)生過一次大的滑坡,滑坡體塌下760 多m3,阻塞溢洪道,使庫水位漲至距壩頂僅0.2 m~0.3 m,出動大量人力,采用大藥量爆破方才排除險情。

（3）輸水涵洞

輸水底涵布置于右壩肩,為壩下埋管,洞身襯砌采用紅土漿砌石襯砌,襯砌質(zhì)量差,洞身存在滲漏問題,同時在1990 年當?shù)卮迕裼谜ㄋ幷涓?由于爆破的影響,造成輸水底涵在0+095.70 m及0+105.50 m產(chǎn)生環(huán)狀裂縫,裂縫漏水嚴重,輸水底涵進口工作閘門為壩面鋼索斜拉磨盤閘門,銹蝕嚴重,啟閉困難。

2.2 滲漏及滲透變形分析

大壩為均質(zhì)壩,壩體填筑土料級配差,質(zhì)量不合格,碾壓時質(zhì)量控制不規(guī)范,壓實度低,透水性強,壩體滲漏嚴重。同時,水庫興建時,沿壩軸線對大壩壩基進行處理,設(shè)有深7 m,寬5 m的截水槽,清基基本清除河床覆蓋層,但壩基基巖為全風(fēng)化砂泥巖,仍未截穿強風(fēng)化層,滲透系數(shù)較大,壩基基巖部分未進行防滲處理。因此,整個壩體的防滲體并未起到應(yīng)有的作用,壩基滲漏嚴重,左、右壩肩結(jié)合部巖體呈全～強風(fēng)化狀態(tài),透水性強,導(dǎo)致水庫運行時,壩體出現(xiàn)大面積濕潤。下游無排水棱體,壩體浸潤線較高,孔隙水應(yīng)力逐漸積累,導(dǎo)致壩土的強度顯著降低。因此,大壩存在壩體、壩基、繞壩和兩岸壩肩結(jié)合部滲漏[2],將會影響大壩安全,必須進行滲漏處理。

3 水庫除險加固措施

3.1 大壩除險加固措施

3.1.1 壩體及壩基防滲方案比較

為防止壩體和壩基的滲透破壞,減少滲漏量,對壩基采取帷幕灌漿處理,對壩體則進行三種垂直防滲方案的比較[3]。防滲方案比較見表1。

表1 壩體垂直防滲方案比較表

從投資方面看,方案一（粘土水泥灌漿）較方案二（塑性混凝土防滲墻）和方案三（高壓旋噴樁）投資少,施工技術(shù)成熟、簡單。方案二防滲效果更加可靠,施工中檢測（試驗）手段較為成熟,但投資較高。方案三施工機械要求相對較高,由于小平地水庫相對不透水層較深,旋噴樁僅能解決壩體部分的滲漏問題,壩基部分要采取帷幕灌漿進行防滲,旋噴樁與下部的帷幕灌漿施工設(shè)備不相同,施工相對較復(fù)雜。從大壩運行30多年來看,整個壩體的防滲體并未起到應(yīng)有的作用,壩基滲漏嚴重；左、右壩肩結(jié)合部巖體呈全～強風(fēng)化狀態(tài),透水性強,導(dǎo)致水庫運行時,壩體出現(xiàn)大面積濕潤,壩體浸潤線升高,孔隙水應(yīng)力逐漸積累,導(dǎo)致壩土的強度顯著降低,大壩存在壩體滲漏、壩基滲漏、繞壩滲漏。通過從施工方法、工程投資對比,采用帷幕灌漿（即方案一）進行處理。兩種防滲方案主要工程量及投資見表2。

表2 兩種防滲方案主要工程量及投資表

大壩防滲處理措施：帷幕灌漿布置在原壩軸線上,沿整個大壩基礎(chǔ)向兩岸山體延伸[4]。大壩灌漿范圍為水庫正常蓄水位與地下水位相交處,左岸基巖部分水平延長30 m,右岸基巖部分水平延長13 m,采用單排灌漿孔,孔距2.0 m,基巖采用水泥灌漿,壩體采用水泥粘土充填灌漿,最大灌漿深度52 m。

3.1.2 壩體加固方案

此次大壩處理將原壩軸線向下游平移6 m,壩頂高程維持原高程不變,壩頂寬5.0 m,上下游處理措施為：

上游壩坡處理：清除現(xiàn)壩坡表層土（垂直厚度0.5 m）。上游高程1573.8 m以下坡比為1∶2.75,上游高程1573.80 m至1586.80 m處坡比為1∶2. 5,采用厚30 cm的干砌塊石護坡,下設(shè)0.1 m厚的砂礫石墊層。

下游壩坡處理：清除現(xiàn)壩坡表層土（垂直厚度0.5 m）,對下游壩坡培厚處理,采用風(fēng)化均質(zhì)土料進行填筑[5]。高程1562.00 m以下設(shè)排水棱體。高程1586.8.80 m~1574.80 m坡度為1:2.5,1574.80 m~1562.00 m坡度為1∶2.75,并在高程1574.80 m處設(shè)寬2 m的馬道平臺。下游坡采用草皮護坡,并在下游坡面設(shè)3 m寬的漿砌石上壩踏步。

3.2 溢洪道處理措施

本次溢洪道處理措施采用兩種方案。將原溢洪道進行襯砌處理,新建溢洪道并進行襯砌,方案比較原則是根據(jù)地形、地質(zhì)條件以及樞紐區(qū)的總體布置和投資來進行選定。原溢洪道擴建方案,寬頂堰凈寬12 m,堰頂高程1583.20 m,溢洪道全長420.5 m。新建溢洪道方案,寬頂堰凈寬12 m,堰頂高程1583.20 m,溢洪道全長186.331 m。方案投資比較見表3。

表3 溢洪道方案投資比較表

經(jīng)方案比較,原溢洪道擴建方案造價高,原溢洪道邊坡存在滑坡體,安全性差,且出口水流歸河困難。新建溢洪道方案投資少,邊坡不存在滑坡體,出口水流歸河容易。因此,推薦新建溢洪道方案。

3.3 輸泄涵洞處理措施

輸水低涵的長期滲漏及漏水,導(dǎo)致右壩段下游壩坡出現(xiàn)變形,同時輸水涵洞閘門漏水嚴重,啟閉不利,這些都嚴重地影響了大壩的安全運行。由于輸水低涵斷面較小,對輸水低涵進行加固處理較為困難,且輸水低涵在施工期間不能向下游輸水。因此,本次設(shè)計決定重新修建一條輸水隧洞替代原輸水涵洞,施工期間,利用老涵洞向下游西干渠供水,施工結(jié)束后對其進行封堵。新建輸水隧洞布置于大壩右岸,輸水隧洞由進口有壓段、閘門井段、無壓洞段、出口明渠段、明渠跌水段組成,全長242.78 m,斷面型式為1.2 m×1.8 m的圓拱直墻形,采用C25 鋼筋混凝土襯砌,襯砌厚度為40 cm,閘門井段長5.0 m,閘門井采用C25 鋼筋混凝土襯砌,井壁厚60 cm,閘井底板厚度為100 cm井內(nèi)安裝1.0 m×1.0 m工作閘門和檢修閘門各一道。

4 結(jié)論及建議

該水庫除險加固工程的實施,可以讓水庫摘掉“病險水庫”的帽子,解除水庫下游人民的心頭之患,提高供水保證率,保護下游村莊、人口、公路、鐵路,充分發(fā)揮水庫的作用。水庫于2020年3月完工,目前運行較好。